纳米团簇(NCs)是典型存在于纳米尺度上的晶体材料。它们由原子或分子与钴、镍、铁和铂等金属结合而成，在药物输送、催化和水净化等多个领域都有有趣的应用。
nc尺寸的减小可以释放额外的潜力，允许进行单原子催化等过程。在这种情况下，有机分子与单个过渡金属原子的配位显示出在该领域进一步发展的希望。
进一步减小nc尺寸的一种创新方法是将金属原子引入到平面上的自组装单层薄膜中。然而，至关重要的是要谨慎行事，以确保金属原子在这些表面上的排列不会破坏这些单层膜的有序性质。
现在，在《材料化学杂志C》最近的一项研究中，千叶大学工程研究生院的Toyo Kazu Yamada博士，国立清华大学化学工程系的Masaki Horie，分子科学研究所的Satoshi Kera，以及同样来自千叶大学工程研究生院的Peter kr
谈到这一进步，山田博士说:“这种原子级精度的功能纳米团簇形成的先进方法可以用于开发高效催化剂或量子计算。”
在这项研究中，研究小组使用了一种叫做“冠醚”的环状分子结构，它含有苯和溴环。这些结构被用来在平坦的铜表面捕获和生长钴nc。得到的钴纳米颗粒有两种尺寸:1.5 nm和3.6 nm。为了进一步了解它们的性质和结构，研究人员使用了多种技术，包括低温扫描隧道显微镜和光谱(STM和STS)、角度分辨光电子能谱(ARPES)和低能电子衍射(LEED)以及密度泛函理论(DFT)计算。
分析揭示了钴原子可以附着在稳定的表面位置的形成。此外，这些稳定表面位点的形成还受到冠醚和钴之间的电子杂化(混合)的影响。一旦钴原子被捕获，它就像一个成核中心，吸引其他钴原子形成一个NC。此外，与冠醚分子在溶液中的通常行为不同，这些分子不会将金属原子困在冠环的中心。相反，金属原子在边缘，因为溴原子在那个位置。
在讨论这些发现的长期潜力时，山田博士说:“在单原子催化、自旋电子学介质的小型化和量子计算等应用中使用这种方法，将有助于以减少二氧化碳(CO2)产生的方式发展信息化社会。”
总之，该团队通过利用铜表面上二维冠醚分子的捕获潜力，成功地展示了钴nc的生长。冠醚分子的化学行为偏离了在溶液中观察到的典型相互作用，将钴原子捕获在边缘，而不是中心。重要的是，该方法证明了在室温下有效和大规模地生产具有明确尺寸和形态的nc。